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轮式装载机驱动桥构造及原理简介

作者:澳門葡京  来源:澳門葡京娱乐  时间:2019-11-08 07:31  点击:

  轮式装载机驱动桥构造及原理简介_机械/仪表_工程科技_专业资料。轮式装载机驱动桥 构造及原理简介 2006年9月15日 厦门 目 图1 装载机动力与传动系统组成图 图2 装载机传动系统简图 图3 装载机功率传递路线主传动分解图

  轮式装载机驱动桥 构造及原理简介 2006年9月15日 厦门 目 图1 装载机动力与传动系统组成图 图2 装载机传动系统简图 图3 装载机功率传递路线 ZL50主传动剖视图 图7 ZL50差速器分解图 图8 差速器运动原理示意 录 图11 XG953驱动桥总成外形图和装配图 图12 XG953驱动桥轮边外形图 图13 XG953驱动桥轮边减速器机构 图14 内齿轮和内齿圈 图15 半轴齿轮垫片(固定式与非固定式) 图16 拉具拆圆锥滚子轴承 图17 旋转力矩的测量 图18 螺旋伞齿轮安装接触区及间隙的调整 图9 轮边减速器机构 图10 轮边行星传动原理图 图19 主传动啮合间隙的测量 图20 XG953驱动桥轮边减速机构 主要内容: 一.轮式装载机的动力是如何从发动机传递到驱动桥 和车轮的? 二.轮式装载机驱动桥的构造和工作原理。 三.配套于XG953装载机上的驱动桥与普通XG951驱 动桥有哪些不同和优点。 四.简要阐述配套于XG962装载机上的前后驱动桥特 点,后桥为摆动桥。 五.XG953驱动桥在维修过程中的一些注意事项。 一.轮式装载机的动力是如何从发动机传递到驱动桥和车轮的? 图1 装载机动力与传动系统组成 动力传递路线: 发动机→变矩器→变速箱→万向传动轴→前后驱动桥(主被动 螺旋伞齿轮→差速器→半轴→太阳轮→行星减速器)→轮胎轮 辋总成 图2 装载机传动系统简图 装载机的动力是由发动机提供的,发动机的额定转速为2200r/min, 而轮胎的最大转速只有140r/min左右。根据使用要求,轮胎在工地行驶和 铲土过程中不需要很高的转速,但需要承受的驱动力相当大,只有驱动力 足够才能使装载机进行行驶和铲装工作。所以,装载机必须具备这样的传 动系统,这种传动系统具有相当大的传动比,从而能将发动机的转速逐级 降低,同时扭矩不断增大,大到可以满足实际工作需要。 图3 装载机功率传递路线图 装载机是通过一系列的传动机构,将发动机的转速降低,扭矩增大, 也就是牵引力增大。由于发动机总功率N分为两部分,一部分提供 给工作装置(N1),另一部分提供给底盘产生牵引力(N2),假设 发动机的牵引功率N2在传递过程中不发生损耗,则装载机在非联合 工况,即行驶状态下传递到每个轮胎的功率则为N2/4,各占1/4。 (为什么手扶拖拉机在爬坡时候总是选择慢档?) 二.轮式装载机驱动桥的构造和工作原理。 图4 驱动桥总成(分解图) 图4 驱动桥总成 1.驱动桥的功用 (1)通过主传动中相互垂直安装的主动螺旋伞齿轮和与之啮 合的被动螺旋伞齿轮改变传递力矩的方向(使传递扭矩的轴 线°方向),并通过桥上的主传动、差速器、半轴及 轮边减速传动机构将变速箱输出轴的转速降低,扭矩增大, 产生牵引力。 (2)差速器能使转装载机在转弯行驶时左右驱动轮有合理的 转速差,使车轮既不产生滑移也不产生滑转,而是在地上保 持纯滚动。 (3)驱动桥的桥壳还起承重和传力的作用。 2.驱动桥组成 装载机驱动桥分前桥和后桥,一般来讲,其区别在于主传动 中的螺旋伞齿轮副的螺旋方向不同。前桥的主动螺旋伞齿轮为 左旋,后桥的主动螺旋伞齿轮为右旋,其余结构相同。 (XG962前后桥差异大,后桥为摆动桥。)驱动桥的结构如图4 所示。主要有桥壳、主传动(包括差速器)、半轴、轮边减速 器和轮胎轮辋总成等组成。 3.主传动和差速器 图5 ZL50主传动分解图 1-输入法兰;2-油封; 3-密封盖;4-调整垫片; 5-主动螺旋伞齿轮;6-轴承套; 7-27311轴承;8-92607轴承; 9-托架;10-锥齿轮垫片; 11-锥齿轮;12-调整螺母; 13-7515轴承;14-差速器左壳; 15-半轴齿轮;16-半轴齿轮垫片; 17-轴承座;18-锁紧片; 19-十字轴;20-大螺旋伞齿轮; 21-差速器右壳;22-半轴; 23-止推螺栓;24-垫片 图6 ZL50主传动剖视图 (1)主传动和差速器的功用 主传动是一级螺旋伞齿轮减速器,传递由传动轴传来的扭矩 和运动。 差速器可使左右半轴和左右驱动轮任何时候都有一个合理的 转速差,同时向两半轴传递转矩,再由半轴将转矩传给驱动轮。 它能使同一驱动桥两端的轮胎以不同的转速在地面上滚动,而车 轮不会因两端的速度差而产生“滑磨”,即能起差速作用。但它 无法使同一驱动桥两端的轮胎按不同的扭矩传力,即差速器能差 速不能“差力”。 如装载机行驶在泥泞路面时,若一侧轮胎掉入泥坑,则由于 轮胎与泥泞的附着力小,该轮胎在泥泞中打滑,这时作用在该车 轮上的牵引力将大大减小;另一侧轮胎虽然与路面可以有很大的 附着力,但由于差速器扭矩在驱动桥两端的分配是均等的,所以 较大附着力的轮胎与陷入泥泞的轮胎扭矩相等,而不可能更大, 故未陷入泥泞的轮胎原地不动,陷入泥泞的轮胎以两倍于差速器 壳的转速打滑。 (2)差速器的构造和原理 差速器由四个行星锥齿轮、十字轴、两个半轴齿轮、差速器左壳及右壳等主要 零件组成。左、右两个直齿圆锥半轴齿轮装于半轴齿轮垫片后,分别装入左右 差速器壳的相应座孔之中。四个行星锥齿轮浮套于十字轴轴颈上,并装上球面 垫片,然后将十字轴的四个轴颈嵌在差速器壳两半端面上相应的凹槽所形成的 孔内,差速器壳的剖分面通过十字轴各轴颈的中心线,用螺栓将左、右差速器 壳紧固在一起,整个差速器再用两个圆锥滚子轴承支承在主传动器托架的座孔 中。动力自主传动大螺旋伞齿轮依次经差速器壳、十字轴、行星锥齿轮、半轴 齿轮、半轴和太阳轮、轮边减速器传给车轮。当两边车轮以相同的转速转动时, 行星锥齿轮只绕半轴轴线做公转运动。若两边车轮阻力不同,则行星锥齿轮除 作上述公转运动的同时,还可绕自身轴线做自转运动。当行星锥齿轮自转时, 两半轴齿轮就可以以不同的转速转动。差速器此时就可以起到差速作用。 4.轮边减速器 轮边减速器为行星齿 轮机构,内齿圈经花 键固定在桥壳两端的 轮边支承轴上,它是 固定不动的。行星轮 架和轮辋由轮辋螺栓 固定在一起,因此轮 辋和行星轮架一起转 动,其动力是通过半 轴、太阳轮传到行星 轮架上的。 图9 轮边减速器机构 图10 轮边行星传动原理图 半轴通过花键带动与之联成一体的太阳轮以n太转速顺时针转动,与 太阳轮相啮合的行星轮则以相反方向转动,由于内齿轮固定不动, 因此行星轮架以转速n架与太阳轮相同的方向转动,n架小于n太,因 而得到减速。 XG951驱动桥主要损坏形式: 主传动轴承损坏、螺旋伞齿轮损坏、差速器十字轴断裂和半 轴断裂、轮边行星减速机构损坏 三.配套于XG953装载机上的驱动桥与普通XG951驱动桥有哪些 不同和优点。 XG953驱动桥 图11 XG953驱动桥总成装配图 从驱动桥的传动比着手,在总速比不变的前提下减小主减速比,增大轮边 减速比,这样一来主减速比由原来的 5.286调整为4.625,在发动机性能参 数不变的前提下,主传动零件的转速相对变快,但扭矩减小,主被动螺旋 伞齿轮、半轴、太阳轮等零件承受的力矩降低,提高了使用寿命。 图12 XG953驱动桥轮边外形图 1.老式驱动桥中行架和轮壳通过10个M22轮辋螺栓相联接,然后与轮 辋联接,对于维修人员来讲,最大的问题就是当轮边部件,如行星轮发 生故障需要维修时,必须将轮胎拆卸,这对于户外操作来说是极其不方 便的。 新的方案是改变轮壳和行架零件结构,通过32个高强度的M12螺栓将两 者连接,不涉及轮辋螺栓,使得行星机构在不拆卸轮胎的情况下可以拆 卸维修,并且轮壳转动间隙容易调整,大大减轻了用户劳动强度。 图13 XG953驱动桥轮边减速器机构 2.老式驱动桥中轮边行星机构采用三个行星轮,而改进后的行星机构采用四 个行星轮,新方案使太阳轮扭矩不是由三点而是由四点承担,降低单个齿所受 载荷。采用四个行星轮和三个行星轮还有一点需要注意,也就是齿的啮合问题, 由于三点决定一个圆,现在采用四个行星轮后,如果行星轮架上安装行星轮的 四个孔加工位置精度不够,将导致传动干涉反而增加轮齿的载荷,所以我们采 用加工中心来加工行星轮架四孔,以保证加工精度及制造工艺水平,大大增加 了产品的技术含量。 图14 内齿轮和内齿圈 3.XG951装载机驱动桥内齿轮采用整体式,轮毂轴承间隙的不当将导致 内齿轮受力过大,齿面磨损加剧。而XG953驱动桥是将内齿轮一分为二,由 内齿圈和齿圈支架采用浮动型式组成,当轮毂轴承间隙变大时内齿圈中心 相对支承轴中心可以浮动,从构造上保证了内齿圈与行星轮之间受力的均 匀分布,也就减少了内齿圈轮齿的磨损量,延长了齿轮件的使用寿命。同 时内齿圈热处理工艺采用中频感应淬火,将热处理后齿部变形量控制在很 小的范围内,齿面硬度高,耐磨。 4 .驱动桥的另一个关键部位就是主传动。根据整桥速比调整的需要,我们 将主传动部分主动螺旋伞齿轮增加一个齿,使主传动速比由 5.286 减小为 4.625,这样虽然差速器等转速略有提高,但其承受扭矩减少12.5%,同时差 速器壳体、半轴齿轮、锥齿轮尺寸加大,十字轴直径由?28加大为?32,各 零件所受应力明显降低,强度得到很大提高,大大提高了可靠性和使用寿命。 同时主传动的轴承尺寸规格也加大,提高了使用寿命。差速器输出到半轴的 扭矩也降低,提高了轮边各齿轮件的使用寿命。 5.根据用户的反馈,我们还对主传动中的半轴齿轮垫片形式做了改变, 老式的半轴齿轮垫片采用无固定形式,在半轴齿轮高速旋转的时候经常会发 生严重的磨损,逐步将垫片磨损,以至于严重的时候磨成环状,这样就会影 响半轴齿轮和锥齿轮的啮合齿侧间隙,进而影响其使用寿命。 图15 半轴齿轮垫片(固定式与非固定式) 通过以上改进,大大降低了主传动部件、半轴及太阳轮所承受扭矩, 轮边部件采用浮动型式后,当轮毂轴承间隙变大时内齿圈轮齿及行星 轮齿的磨损量减少,延长了内齿圈使用寿命,使驱动桥的可靠性显著 提高;并且重新设计的轮边机构方便了用户拆卸、维修。改进后的 XG953驱动桥在使用性能、维修等方面与国内同行业的厂家比较处于 领先水平,目前已投入市场三年多,三包故障率比以前下降了不少。 四.简述配套于XG962装载机上的前后驱动桥特点,后桥为摆动桥。 XG962装载机驱动桥前、后桥有较大的区别,前桥结构同XG953驱 动桥,但安装采用长螺栓;后桥安装不采用副车架,而是采用摆动 桥。后桥除了桥壳、主传动(包括差速器)、半轴、轮边减速器外, 增加了摆动架;摆动架的作用与副车架相似,摆动架与驱动桥的托 架和桥壳相联接,确保驱动桥可以围绕摆动架中心线摆动,所以称 为摆动桥。 为什么装载机的后桥安装要采用副车架或摆动桥,为何不能象 前桥一样刚性联接在车架上呢? 这是因为,如果前后桥都刚性联接在车架上,那么装载机 行驶过程中就有四个点要与地面同时接触,遇到不平整地面 的时候,由于三个点(车轮)可以确定一个平面,第四个轮 子很可能悬空,起不到支撑整机的作用,同时另外三个车轮 由于承受载荷偏大,必然导致各零件容易损坏。所以就通过 副车架或摆动桥将后桥与车架处于非刚性联接状态,行驶过 程中可以摆动,这样后驱动桥两个车轮就可以同时与地面接 触,不论地面是否平整。 由于 XG962 装载机的自重和额定铲斗容量比XG953 大很多, 所以驱动桥的各齿轮件和壳体件的尺寸均相应加大,轴承型 号也加大,各螺栓规格和锁紧力矩也有所加大,以满足在高 强度高负荷的工作条件。 XG962驱动桥 五.XG953驱动桥在维修过程中的一些注意事项。 1.驱动桥的常见故障与诊断 驱动桥常见的故障有主传动差速器异响、主传动轴承损坏、主被动螺旋 伞齿轮损坏;漏油;过热;轮壳轴承损坏、轮边行星减速齿轮损坏;严 重时会发生驱动桥壳焊缝裂开或桥壳断裂等。 (1)主传动差速器异响 主、被动螺旋伞齿轮啮合间隙失常与啮合面不稳定是产生异响的主要原 因。齿轮啮合间隙是指主、被动螺旋伞齿轮、锥齿轮、半轴齿轮、半轴 齿轮键槽与半轴花键齿的间隙。由于磨损或齿轮轮齿损坏,以及轴承松 动等原因,破坏了它们之间正常啮合面与正常啮合间隙,在运转中就会 产生碰撞、摩擦而发生响声。 (2)漏油 漏油的主要原因:A.油封磨损,装配不当或损坏; B.轴颈磨损,花键齿槽磨损过大;C.驱动桥壳上透气阀堵塞; D.壳体有铸造缺陷(砂眼、气孔),壳体有裂纹,接合平面不平,衬垫 破损及紧固螺栓松动; E.驱动桥壳内加注润滑油过多,放油螺塞未旋紧而泄漏。 (3)过热 装载机行驶一定里程后驱动桥壳油温、主传动法兰处的温度不得超过90℃。 一般可用手触摸主减速器壳,若触摸时有无法承受的烫手感觉,称为过热, 也可用带有触头的温度计进行测量。其原因是齿轮或轴承啮合间隙过小及缺 少润滑油。手摸轴承部位,能忍受但不能长久停留时,仍为温度过高,说明 轴承装配过紧,应重新调整。 (4)其它故障 A.驱动桥壳体弯曲与裂纹。主要原因是在长期超载情况下工作和装载机在 不平道路上行驶时不减速,使桥壳受到较大冲击振动和金属疲劳损伤等。 B.主传动轴承损坏。主要原因有二,一是润滑油量不足或润滑油路不通畅, 导致轴承润滑条件恶化,发生烧坏;二是由于长期高负荷运行导致轴承间隙 变大,发生提前磨损,进而导致损坏。 C.轮壳轴承损坏。主要原因是圆锥滚子轴承由于长期高负荷运行,导致轴 颈磨损过大,轴承间隙变大,发生损坏。 D.半轴折断。装载机在不平地面高负荷装卸时,此时各部件承受扭矩极大, 若驱动桥上下跳动,当腾空后落地的一瞬间,发动机突然作用于主传动差速 器后传到半轴,半轴所受应力极大,以致发生折断。 若半轴材料或热处理存在缺陷,使用一段时间后也可能发生折断现象。 2.驱动桥的拆卸、分解 当驱动桥发生故障时,首先我们要根据经验进行判断,分清楚故障 所处的位置,以及需不需要更换桥壳,若不需要更换桥壳则无需将 驱动桥从车架拆卸,一般只需要拆卸主传动部件或轮边行星减速机 构。在维修前应注意,要旋开桥壳和行星轮架上的放油螺塞,放净 需维修部位的润滑油。 XG953驱动桥的优点在于,驱动桥使用中若发生行星减速机构齿轮 损坏可不必拆卸轮胎轮辋总成,只需将联接行星轮架的32个螺栓拆 卸,便可将行星机构整体拿出,从而进行维修;若是轮壳的两个锥 轴承损坏需要更换,则必须将轮壳拆卸,此时首先要拆卸轮胎轮辋 总成,还必须采用千斤顶或支架将车架支起,如果是在工地维修会 造成许多不便。 对主传动部分而言,如果是主动螺伞处轴承损坏,则只需更换轴承、 轴承套、密封盖、油封等,操作相对简单;如果是差速器总成损坏 则必须将整个主传动拆卸,首先必须将润滑油放干净,然后按步骤 将差速器从主传动托架上拆卸。(安装时为确保主被动螺旋伞齿轮 的啮合间隙,应按照图18进行操作。) 差速器总成可按如下次序分解: ( 1 )用拉具拆卸左、右差速器壳 的圆锥滚子轴承,见图16。 ( 2 )拆下左、右差速器壳的紧固 螺栓,将左右差速器壳分开(分开 前注上装配标记)。取出十字轴、 锥齿轮、半轴齿轮、锥齿轮垫片。 ( 3 )拆下差速器右壳上安装大螺 旋伞齿轮的螺栓,在取下大螺旋伞 齿轮之前,应先察看或注上装配标 记,以便在重新装配时对回原位。 图16 拉具拆圆锥滚子轴承 3.驱动桥零件的检测 (1)检查所有齿轮、轴、花键、螺纹部分是否有裂纹、刻痕、凹陷、点蚀 以及过量的磨损。必要时要进行更换。 主传动螺旋伞齿轮副必须成对更换,因为它们是配对加工的,接触区要进 行调整。差速器中的半轴齿轮和锥齿轮也应一起更换为好,避免载荷集中。 (2)检查差速器左、右壳,十字轴是否有不均匀的磨损、裂纹、刻痕、凹 陷和变形等。检查锥齿轮垫片、半轴齿轮垫片的磨损,必须同时测量垫片 的内、外厚度,当其厚度差大于0.13mm时,应予以更换,垫片最好是全部 同时更换,以便使各齿轮副的啮合间隙调整一致。 (3)检查主传动的托架、轴承套及轮边行星轮架的配合孔是否有裂纹、刻 痕、凹陷及过量的磨损,必要时应进行更换。 (4)检查所有轴承是否烧坏、脱皮、点蚀、剥落、凹陷、转动不灵、隔离 架损坏、响声不正常等,必要时予以更换。检查轮边行星减速机构中的滚 针是否磨损或损坏,其装配后的径向间隙在标准情况下应是0.02-0.03mm。 (5)检查轮边减速机构中行星轮两端面的行星轮垫片,它们应该完全平扁、 无毛刺、裂纹、刻痕、刮伤,必要时要进行更换。 4.驱动桥的装配、调整 驱动桥在装配前必须将所有零件清理干净,不允许出现杂质、 油污、水,特别是密封面和配合面一定要严格清理干净。装配 过程中必须注意:①确保各螺栓的锁紧力,通过弹簧垫圈和螺 纹紧固胶进行防松;②确保油封、O型圈等密封件的密封效果, 某些装配贴合面和螺栓孔要加密封胶防止渗油;③确保齿轮副 和轴承的合理间隙,以防止提前磨损和烧坏。 驱动桥装配完成后要分别从桥壳观察孔和行星轮架螺塞孔进行 加油,加油前必须对原来的润滑油进行处理,去除里面的杂质 以确保润滑效果,因为杂质会加剧零件的磨损,降低零件的使 用寿命,如果润滑油老化则必须更换新的润滑油;XG953驱动 桥采用GL-4 85W/90润滑油,每支桥加油量约25升,其中桥壳 17升,两端各4升。 现场加油时按下列标准:①从桥壳观察孔加油,直到润滑油即 将溢出时为止;②两端加油时,应使行星轮架上一螺塞孔处于 最高位置,加油,直到润滑油从另一螺塞孔溢出时为止。 图17 旋转力矩的测量 (1)主动螺旋伞齿轮总成调整 主动螺旋伞齿轮总成按要求装配后必须对圆锥滚子轴承 31311 、 31312 的间隙进行确认,因为轴承间隙太大则轴承容易磨损,间隙太小则容易 发生轴承烧坏现象。方法如下: 对主动螺旋伞齿轮上、下端施加压力,使之不动。然后,用软绳一头缠 绕在轴承套的螺栓孔中,另一头用弹簧称指示器水平地拉着(如图17)。 在拉动轴承套旋转时,其旋转力矩应为35-45N· m。若不在此范围内,可 更换两轴承间的垫片或轴套进行调整,以保证轴承合理的间隙。 一对螺旋伞齿轮齿面 接触区的形状、大小 和位置,对齿轮的平 稳运转、使用寿命和 噪音有直接的影响, 所以我们在使用之前 一定要对主被动螺旋 伞齿轮的接触区进行 调整。 图18 螺旋伞齿轮安装时接触区及间隙的调整 接触区检测方法:在大螺旋伞齿轮的齿面上,间隙相等的四个部分上, 涂上红丹漆(3 齿左右),用手往复转动之,检查其接触印痕。正确的 啮合情况是:接触区沿齿长、齿高方向均为50%,沿齿长方向,位置稍 靠近小端。(使用过程中接触区会向大端移动) 调整接触区是通过增减(托架与轴承套之间的)调整垫片和(托架两端 的)调整螺母来实现的。 (3 )轮边轮壳轴承间隙调 整 首先将轮壳、制动盘、油 封、油封端盖、两个圆锥 滚子轴承组成的合件装到 支承轴上,然后装入内齿 圈和齿圈支架组件,准备 装上圆螺母。 一边拧紧圆螺母 ,一边转 动轮壳,并敲打轮壳,使 轴承正确就位。用圆螺母 将轮壳紧固到可以勉强转 动,然后将圆螺母倒退 1/10 圈 , 此 时 用 手 可 以 轻 松转动轮壳,用内六角螺 钉固定圆螺母。 图20 XG953驱动桥轮边减速机构 驱 动 桥 及 主 传 动 组 成 分 解 图 主传动啮合间隙的测量 大锥齿轮背面跳动测量 轴承座螺钉拧紧力矩的测量

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